t型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（）題目：T 型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析 學(xué)院：機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院專業(yè)班級(jí)：09 過(guò)控（1）班姓名：學(xué)號(hào)：B09360123指導(dǎo)教師：、偶國(guó)富系：院長(zhǎng)：胡旭東二 O 一三 年 五 月浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院誠(chéng)信我謹(jǐn)在此保證：本人所寫的，凡他人的成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出主體均由本人獨(dú)立完成，沒(méi)有、剽竊他人已經(jīng)或未的成果行為。如出現(xiàn)以上知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。人（簽名）：年月日摘要?dú)庖簝上嗔鞯默F(xiàn)象廣泛的存在于化工、核能、動(dòng)力、制冷、石油、冶金等一系列的工業(yè)設(shè)備中，對(duì)其分析和仍停留在經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)水平上。在很多化學(xué)反應(yīng)設(shè)備或熱交換器等設(shè)備中也都廣泛的存在氣

2、液兩相流的問(wèn)題，所以說(shuō)，為了運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，安全性更高，設(shè)計(jì)設(shè)備更加合理，須對(duì)氣液兩相流的機(jī)理及其影響等提出更高的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法的迅速發(fā)展，人們普遍認(rèn)為，為了更清晰的了解氣液兩相流體的機(jī)理，試驗(yàn)需與數(shù)值模擬同步進(jìn)行，互相補(bǔ)充。本文針對(duì) T 型管中氣液兩相流立了 T 型管模型，其次在流體力學(xué)的數(shù)值模擬，首先運(yùn)用 GAMBIT建FLUENT 求解器中，選用 VOF 模型，通過(guò) K-E 控制方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬出液相與氣相在 T 型管中的混合效果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比來(lái)驗(yàn)證該模型的合理性。在模擬試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)改變空氣流速與水對(duì)主管道壓差得出結(jié)論：一種是相同壓差下，不同空氣流速對(duì)氣液兩

3、相流混合效果的影響。另一種是相同空氣流速，不同壓差下對(duì)氣液兩相流混合效果的影響。最后再對(duì)照前人經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，變相分析自己所得的數(shù)據(jù)。模擬表明：T 型管中的液態(tài)水通入空氣主流管道中，達(dá)到較好混合效果的條件比較苛刻。：兩相流；T 型管；混合；數(shù)值模擬；VOF 模型AbstractWide range of gas-liquid two-phase flow phenomenon exists in the chemical,nuclear,er, cooling, petroleum, metallurgy and other industrial equipment, theirysi

4、s and research is still at the empirical and semi-empirical level. In many chemical reactions equipment or heat exchangers and other equipment there are also a wide range of two-phase flow problems, so to say, in order to operate more economically, more secure and more reasonable design equipment, w

5、e have togas-liquid two-phase stream flow mechanism and its influencing factors put forwardhigher requirements. With the radevelopment of computer technology andnumerical ysis method, it is generally agreed t a clearer understanding of the mechanism of gas-liquid two-phase fluid flow, experimental r

6、esearch must be numerical simulation carried out simultaneously and complement each other.T-tube gas-liquid two-phase flow numerical simulation using GAMBIT softwareT-tube mVOF m, followed by fluid dynamics software FLUENT solver, the choice of the, through the KE control of equation numerical calcu

7、lation and simulationthe liquid phase and gas phase mixing effecthe T-tube, through comparison of theexperimental validation of the mis reasonable.In the pros of simulation test, by changing the air flow rate and waterconcludedt the main channel differential prere: one is the same differentialprere,

8、 air flow rate of gas-liquid two-phase flow mixing effect. another is the sameair flow rate, different prere gas-liquid two-phase flow mixing effect. Then, thecontrol predesors after many experiments the results obtained in disguiseyzetheir own data obtained. The simulations indicatet liquid waterhe

9、 T-tube pass o the mainstream air pipe, to achieve better mixing effect of relatively harshconditions.Key words: Two-phase flow; T-tube; mixing; numerical simulation; the VOFm目錄摘要Abstract第 1 章 緒論11.1背景意義11.1.1 T 型管中氣液兩相流的意義11.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與總結(jié)21.2.1實(shí)驗(yàn)法21.2.2理. 31.2.3數(shù)值模擬法31.3本文內(nèi)容4第 2 章 數(shù)理方法62.1氣液兩相流流型與流型圖的6

10、2.1.1流型的意義62.1.2影響流型的62.1.3直管中兩相流的流型圖62.2控制方程與幾何模型建立82.2.1 運(yùn)用的模型與控制方程82.2.2 初始條件與邊界條件的設(shè)置82.3 T 型管幾何模型的建立92.3.1 運(yùn)用介紹92.3.2 網(wǎng)格劃分92.4 FLUENT使用10第 3 章 T 型管內(nèi)的流場(chǎng)分布123.1幾何尺寸及邊界條件123.1.1 T 型管的幾何尺寸123.1.2 T 型管模型的邊界條件123.2流場(chǎng)內(nèi)速度分布133.3流場(chǎng)內(nèi)壓力分布173.4 流場(chǎng)內(nèi)壁面切應(yīng)力分布223.5 本章小結(jié)24第 4 章 相分率分布254.1氣液兩相流相分率分布254.2液相分率的百分比29

11、4.3本章小結(jié)30第 5 章 總結(jié)及展望315.1 總結(jié)315.2 展望31參考文獻(xiàn)33致 謝36第1章 緒論氣液兩相現(xiàn)象廣泛存在于自然界和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，與人類的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)。目前，在動(dòng)力、化工、核能、制冷、石油和冶金等行業(yè)的許多生產(chǎn)設(shè)備，例如，各式氣液兩相混合器、氣液分離器、電站的各種沸騰管以及化工行業(yè)的精餾塔等中都涉及氣液兩相工況，可以看出氣液兩相流的問(wèn)題無(wú)處不在。因此，務(wù)必要重視這些工業(yè)中存在的現(xiàn)象帶來(lái)的問(wèn)題，特別是湍流模型的問(wèn)題，這個(gè)在流體力學(xué)界的理論上至今還未完全解決的難題之一。1.1 背景意義在石油提煉的管道中，通常需要把一些化學(xué)藥劑注入石油原材料中。如果對(duì)這種氣體注入

12、液體的現(xiàn)象的很透徹，那它帶來(lái)的問(wèn)題也就迎刃而解了。古往今來(lái)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，隨著氣相和液相表觀流速的不斷變化，T 型管內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)泡狀流、湍流、彈狀-環(huán)狀流、環(huán)狀流、波狀流和攪拌流等幾種氣液兩相流的流型1-6。許多者6-10根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出管道中兩相流的流型分布受到管道幾何形狀、管道幾何尺寸、管道壁面潤(rùn)濕性、慣性力、流體的物性和管道處條件等多項(xiàng)的影響。類似于這樣的事例多的數(shù)都數(shù)不清，可以說(shuō) T 型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析的課題的發(fā)展與工業(yè)的發(fā)展、人類的發(fā)展是密切相關(guān)的。隨著人類的進(jìn)步，學(xué)術(shù)界不斷的對(duì)氣液兩相流的提出新的課題，因而深刻探究 T 型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析有著的理

13、論意義與工程實(shí)用價(jià)值。所以說(shuō)，我覺(jué)得 T 型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析的不僅成為了人類進(jìn)步與工業(yè)發(fā)展的重要課題之一，而且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科研意義。本課題在氣液兩相流中只是簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析，從而得出氣液兩相流在 T 型管中達(dá)到比較好的混合工況點(diǎn)，并沒(méi)有涉及到很深?yuàn)W的知識(shí)點(diǎn)。氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析上的只是數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，前人或多或少都提到了一些。然而我所要做的是，通過(guò)模擬試驗(yàn)與前人成果比對(duì)，分析自己數(shù)值模擬得到的結(jié)論，再探討一下至今為止在流體力學(xué)界尚未解決的“湍流”等一些難題。1.1.1 T 型管中氣液兩相流的意義T 型管中物料混合最基本的問(wèn)題就是氣液兩相的問(wèn)題。對(duì) T 型管

14、中液相理的，是 T 型管道中物料混合技術(shù)應(yīng)注入連續(xù)氣相主流管道中時(shí)混合運(yùn)用的關(guān)鍵，也是在工業(yè)運(yùn)用中達(dá)到最佳混合狀況的基礎(chǔ)。然而對(duì)于氣液兩相的復(fù)雜性，T 型管道中物料混合的理論問(wèn)題，如氣液兩相相互作用機(jī)理11-12、氣液兩相混合的湍流模型等并沒(méi)完全得到解決，當(dāng)下對(duì)于管道中物料混合產(chǎn)生的實(shí)際問(wèn)題先不做論述，這些存在的問(wèn)題的解決在很大程度上還依賴于經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，T 型管道中物料的混合技術(shù)對(duì)工業(yè)發(fā)展進(jìn)度壯大與市場(chǎng)需求日益大，因此，對(duì) T 型管中氣液兩相混合的理論與實(shí)驗(yàn)，對(duì)于完善混合技術(shù)理論基礎(chǔ)，大大增加了 T 型管中物料混合達(dá)到最佳狀態(tài)時(shí)帶來(lái)的利益，促進(jìn)了混合技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，對(duì)社會(huì)

15、發(fā)展與人類進(jìn)步都具有重要意義。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與總結(jié)在氣液兩相流工作的早期，由于缺乏氣液兩相流和傳熱傳質(zhì)特性方面的知識(shí)，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)不少工業(yè)事故。目前，主要通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)法、理及數(shù)值模擬法這三種方法對(duì) T型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析進(jìn)行分析，本節(jié)也將分別從這面對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域的成果進(jìn)行綜述。1.2.1 實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)抽象、概括、推理得出規(guī)律的一種問(wèn)題的方法。在一項(xiàng)新的課題時(shí)，國(guó)內(nèi)外有大量學(xué)者都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)法來(lái)，并且得到結(jié)論的。實(shí)驗(yàn)法是一種按照某種因果假設(shè)設(shè)計(jì)的，在高度控制的條件下，通過(guò)人為某些，以檢定兩現(xiàn)象之間是否存在著一定因果聯(lián)系的方法。作為一種特定的方式，實(shí)驗(yàn)法涉及三

16、對(duì)基本要素：自變量與因變量；前測(cè)與后測(cè)；實(shí)驗(yàn)組與控制組。在此，通過(guò)一些的實(shí)驗(yàn)，可以簡(jiǎn)單了解實(shí)驗(yàn)法的重要性，具有的優(yōu)點(diǎn)與存在的不足。13等在深為 l000 米的全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)井上，進(jìn)行了氣液兩相流實(shí)驗(yàn)，在獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，依靠這些數(shù)據(jù)，再根據(jù)質(zhì)量與動(dòng)量守恒定律及其狀態(tài)方程，然后通過(guò)變系數(shù)法，建立方程并求解，從而得出了適合井眼環(huán)空情況下的氣體上升速度模型者依據(jù)本文流型過(guò)渡區(qū)及氣體的上升速度模型所計(jì)算而來(lái)的結(jié)果和現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外有關(guān)模型計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)14等與實(shí)驗(yàn)結(jié)果剛好吻臺(tái)在分岔管路大量存在于石油行業(yè)的輸送中，油水兩相流的特性在分岔管路內(nèi)將對(duì)流程控制、動(dòng)力匹配以及下游處理設(shè)施產(chǎn)生顯著的影響。在

17、者對(duì)分岔管路內(nèi)的油水兩相流的做實(shí)驗(yàn)后，即可獲得初步的結(jié)果。通過(guò)數(shù)值模擬分析，便可以較好地反映了分15等岔管路內(nèi)的油水兩相的狀態(tài)，為工程設(shè)計(jì)提供參考。通過(guò)對(duì)典型的泡狀流、彈狀流與流塞狀流信號(hào)的實(shí)驗(yàn)分析表明：管在塞泡流存在較強(qiáng)的噪聲信號(hào)時(shí)，而 V 型內(nèi)錐卻在泡狀流內(nèi)存在較強(qiáng)的噪聲信號(hào)。3 種節(jié)流儀表均能較好地描述兩相流的定態(tài)特性，能夠用于兩相流的流型識(shí)別以及它參數(shù)測(cè)量。1.2.2 理要達(dá)到完整的科學(xué)認(rèn)識(shí)，須綜合運(yùn)用科學(xué)認(rèn)識(shí)的理論方法對(duì)、觀察、實(shí)驗(yàn)等所獲得的感性材料進(jìn)行整理、分析，把原來(lái)屬于零散的、片面的和表面的感性材料進(jìn)行加工，使之上升為本質(zhì)的、深刻的和系統(tǒng)的理性認(rèn)識(shí)?？茖W(xué)研究法中的理論方法就是提

18、供這種從感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)飛躍的切實(shí)可行的、具體的思考方法與加工處理的步驟的方法。從的不斷試驗(yàn)中，須了解理在科學(xué)中的重要作用，具有的優(yōu)點(diǎn)與存在的不足。16等流的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了運(yùn)用了經(jīng)典氣體動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)突出孔洞內(nèi)煤瓦斯兩相，推導(dǎo)了壓力、密度、速度及流量等參數(shù)之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，分析了突出過(guò)程中煤瓦斯兩相流的臨界狀態(tài)以及與其相關(guān)的兩相流聲速理論，并通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例對(duì)臨界理論進(jìn)行了直觀描述。1.2.3 數(shù)值模擬法數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算機(jī)為，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類問(wèn)題的目的。數(shù)值模擬實(shí)際上就是用計(jì)算機(jī)來(lái)做實(shí)驗(yàn)。多相數(shù)值模擬方法主要有兩

19、種：日方法和方法。數(shù)值模擬法作為近年來(lái)新興的，很大方面突出了它在上的優(yōu)勢(shì)，所以說(shuō)現(xiàn)在大多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都會(huì)選用數(shù)值模擬分析來(lái)新的課題。從研究的不斷試驗(yàn)，須了解數(shù)值模擬法在科學(xué)中的重要作用，具有的優(yōu)點(diǎn)與存在的不足。17等對(duì)鼓泡塔內(nèi)氣液兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：在較大的氣體表觀速度下，鼓泡塔內(nèi)液體呈現(xiàn)出總體環(huán)流結(jié)構(gòu)，而在較小的表觀速度下，氣泡運(yùn)動(dòng)呈羽態(tài)，伴隨有周期性的彎曲，塔內(nèi)液體的環(huán)流較復(fù)雜，有多個(gè)18環(huán)流元胞出現(xiàn)。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)迸行了定性和定量的對(duì)比。等通過(guò)離心泵氣液兩相流對(duì)于該泵揚(yáng)程和效率的的影響，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果表明：增大氣相濃濃度和氣相顆粒直徑都會(huì)導(dǎo)致?lián)P程、效率下降，且增19

20、等針對(duì) T 型微通大氣相濃度對(duì)揚(yáng)程、效率的下降特別顯著。道氣液兩相流型的數(shù)值模擬，模擬表明：液相流體黏度的改變，對(duì)流型分布圖的影響很小；而隨著表面張力的減小，湍流的區(qū)域在逐漸減小，這說(shuō)明表面張20等力對(duì)湍流的形成有較大的影響。運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法對(duì)管槳攪拌槽和雙通管攪拌槽內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬了流體在在管和雙通管攪拌槽內(nèi)宏觀場(chǎng)的效果。發(fā)現(xiàn)，流體在雙通管內(nèi)部流場(chǎng)效果好。在此基礎(chǔ)上可以看出，通氣式攪拌槽開(kāi)兩個(gè)開(kāi)一個(gè)孔效果好，這對(duì)攪拌槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工業(yè)放大效應(yīng)有一定的實(shí)際意義。通過(guò)歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣液兩相流的可以看出，氣液兩相流在動(dòng)力、化工、核能、制冷、石油、冶金等工業(yè)設(shè)備中都有很重要

21、的運(yùn)用，而且的大多都是工程上或者工業(yè)上與氣液兩相流相關(guān)的并且必須要克服的難題。不僅如此，他們對(duì)其大體的方法不外乎三種：數(shù)值模擬分析、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)以及探討分析?？梢哉f(shuō)不管是從靜態(tài)分析還是動(dòng)態(tài)來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣液兩相流的已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸，就是說(shuō)現(xiàn)在留下來(lái)的問(wèn)題都是以往遺留下來(lái)的難題，因此，為了突破這個(gè)瓶頸，須更加深入地。對(duì)于 T 型管中氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析是十分必要的，在諸多重要的工業(yè)與工程設(shè)計(jì)中，務(wù)必要考慮氣液兩相流之間產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。通過(guò)對(duì) T 型管中氣液兩相流的動(dòng)態(tài)不僅對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)與工業(yè)放大效應(yīng)也具有重大實(shí)際意義，而且對(duì)于工業(yè)中存在的隱患可以提前進(jìn)行與防護(hù)。所以說(shuō)，本其的在很大的領(lǐng)域

22、是的，在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步都會(huì)產(chǎn)生極其顯著的影響。1.3 本文內(nèi)容本文第二章主要介紹的理論基礎(chǔ)，包括氣液兩相流的流型與流型圖21-26的、控制方程的計(jì)算方法、邊界條件的分析以及數(shù)值計(jì)算方法的介紹，再簡(jiǎn)單說(shuō)明本模型的建立步驟。第三章對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)分析，并且要將自己通過(guò)什么方法，運(yùn)用什么思路怎么來(lái)做到這種效果做詳細(xì)的。具體介紹自己所做設(shè)計(jì)的幾何模型，在通過(guò)FLUENT 計(jì)算器時(shí)設(shè)置的邊界條件，以及流場(chǎng)內(nèi)速度與壓力的分析，對(duì)比不同工況條件下的狀況，得到簡(jiǎn)單的結(jié)論。第四章主要對(duì)氣液兩相的相分率作比較詳盡的分析，得到不同相的重要參數(shù)以及影響相分率的，對(duì)得到的信息進(jìn)行歸納總結(jié)。第五章重點(diǎn)是講述了自己做

23、了該設(shè)計(jì)得到的重要結(jié)論，并且對(duì)自己在做該畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的坎坷，如何面對(duì)并克服，還存在什么不足的地方進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述，展望自己的成果。第2章 數(shù)理方法這一章作為整個(gè)課題的準(zhǔn)備工作，首先了解了氣液兩相流流型與流型圖，再選用 VOF 模型是所要運(yùn)用到的控制方程，然后通過(guò)流體進(jìn)行建模與網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，最后能夠得出需要的數(shù)據(jù)結(jié)果與云圖結(jié)果。2.1 氣液兩相流流型與流型圖的氣液兩相流的流型可以很清楚的表示出流體上質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡以及速度分布狀況，在氣液兩相流中就有、環(huán)流、層狀流、沖擊流、霧流等模型。兩相介質(zhì)的相界面分布狀況，即流型，極大地影響著氣液兩相流的特性和傳熱傳質(zhì)特性，同時(shí)也影響著參數(shù)

24、的準(zhǔn)確測(cè)量以及兩相流系統(tǒng)的運(yùn)行特性，因此氣液兩相流流型識(shí)別的不僅具有重要的實(shí)用價(jià)值和學(xué)術(shù)意義，也為相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。正因?yàn)槿绱?，氣液兩相流流型識(shí)別的一直是氣液兩相流領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。2.1.1流型的意義須要了解氣液兩相流的流型。然而,在涉及到氣液兩相流問(wèn)題時(shí)在兩相流流型時(shí)，了解氣液兩相流流型所存在的意義就成為了重要步驟，氣液兩相流的流型主要存在四方面意義：第一是流型影響流體的換熱特性；第二是流型影響壓降特性；第三是不穩(wěn)定性與流型有關(guān)；第四是建立模型與流型密切相關(guān)。當(dāng)明白了氣液兩相流流型的意義時(shí)就可以反過(guò)來(lái)通過(guò)觀察氣液兩相流的流型來(lái)反應(yīng)一些參數(shù)的變化，

25、熱交換的變化情況、壓降的變化過(guò)程以及流體的不穩(wěn)定性地方等。2.1.2 影響流型的在這些工作過(guò)程中，熟知影響流型的也成為了關(guān)鍵。流道的結(jié)構(gòu)，流體的方向，是否存在熱交換等都是影響氣液兩相流流型的重要。在接下來(lái)T 型管內(nèi)氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值時(shí)就可以著重對(duì)流道的結(jié)構(gòu)，流體的方向與熱交換等做比較詳細(xì)的準(zhǔn)備工作，讓以后通過(guò)數(shù)值模擬得到的結(jié)論能夠更加的準(zhǔn)確與清晰。2.1.3 直管中兩相流的流型圖、環(huán)流、層狀流、沖擊流、霧流等了主要的流型。這些個(gè)流型就不一一介紹了，接下來(lái)就觀察直管中垂直下降的氣液兩相流的流型，從而達(dá)到能夠分辨不同的流型。圖 2-1 垂直直管道的氣液兩相流流流型圖的應(yīng)用比較廣泛，其大致分為彈

26、狀流區(qū)、攪渾流區(qū)、環(huán)狀流區(qū)和泡狀流區(qū)四個(gè)區(qū)域，同時(shí)能看出主要流型間的轉(zhuǎn)換邊界：彈狀流與攪渾流界、攪渾流與環(huán)狀流界和彈狀流與泡狀流界。圖 2-2 垂直直管道的氣液兩相流流型圖2.2 控制方程與幾何模型建立2.2.1 運(yùn)用的模型與控制方程為了更好的分析氣液兩相流在 T 型管內(nèi)的狀況，讓數(shù)值模擬做以下 3 點(diǎn)假設(shè)：更加方便，1)2)3)該 T 型管內(nèi)環(huán)境壓強(qiáng)約為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和操作環(huán)境壓強(qiáng)相同。氣液兩相的物性組成視為常數(shù)。數(shù)值模擬過(guò)程中設(shè)定為常溫條件。本文主要運(yùn)用的是 VOF 模型來(lái)模擬模擬計(jì)算的控制方程如下所示。，應(yīng)用 VOF 模擬對(duì)氣液兩相流進(jìn)行連續(xù)性方程為統(tǒng)中氣液兩相流混合效果28-29的重要

27、內(nèi)容。系統(tǒng)在進(jìn)行模擬的迭代步長(zhǎng)求解前，需要對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行初始化。首先在要求解過(guò)程之前，做以下假設(shè)。1)2)3)初始時(shí)整個(gè) T 型管中都是主流空氣充滿。初始時(shí)網(wǎng)格單元存在一個(gè)穩(wěn)定的流速。假設(shè)計(jì)算域中操作壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即，全局表壓為 0。由于 T 型管的模型存在氣相和液相二個(gè)以及相同的一個(gè)出口。因此，必須分別給與氣相在處的流速與相分率，還有液相在處的壓力差與相分率，最后還有一個(gè)出口條件。1) 氣相（速度）速度：主流管道空氣設(shè)定為三種不同大小的空氣流速，方向沿 X相分率：液相分率為 0，氣相分率為 1。方向。2) 液相（質(zhì)量流量）質(zhì)量流量：從注水管注入三種不同大小的流量。相分率：液相分率為

28、1，氣相分率為 0。3) 出口及壁面邊界條件設(shè)置出口處環(huán)境壓力為表壓為 0。本課題目前就壁面設(shè)置為默認(rèn)，壁面影響不大。2.3 T 型管幾何模型的建立2.3.1 運(yùn)用介紹本模擬實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行三維建模，劃分網(wǎng)格以及液相在氣相中的運(yùn)動(dòng)模擬。但是考慮到 T 行管的模型比較簡(jiǎn)單，所以主要運(yùn)用 GAMBIT 與 FULENT。FULENT 是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的 CFD之一，可以用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜的，從而達(dá)到最佳的收斂速度與求解精度。凡是涉及到湍流、相變以及熱傳遞等均可以使用。該包含了多種多樣的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和強(qiáng)大的前后處理功能，在流體管道設(shè)計(jì)、渦輪與泵等的設(shè)計(jì)、航天

29、航空等多方面都有廣泛的運(yùn)用。FLUENT具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力，包含豐富而先進(jìn)的物理模型，含有多種多相流模型及傳熱燃燒模型，還應(yīng)用于從可壓到不可壓、從單相流到多相流、從低速到高超音速、燃燒、化學(xué)反應(yīng)、氣固混合等幾乎所有與流體相關(guān)的領(lǐng)域。2.3.2 網(wǎng)格劃分本文通過(guò) GAMBIT畫出典型的 T 型管模型，下圖為 T 型管幾何模型。圖 2-3 T 型格模型第一步：打開(kāi) GAMBIT第二步：創(chuàng)建 T 型管 第三步：切割 T 型管第四步：局部面切割，建立一個(gè)文件保存在桌面。第五步：劃分網(wǎng)格第六步：定義邊界面第七步：保存文件，導(dǎo)出 FLUENT 運(yùn)行文件2.4 FLUENT使用FLUENTFLUENT可

30、以模擬從不可壓縮到高度可壓縮方位內(nèi)的復(fù)雜，在使用計(jì)算時(shí)達(dá)到了最佳收斂速度和求解精度。FLUENT 作為進(jìn)行模擬計(jì)算的求解器，本身提供的主要功能有導(dǎo)入網(wǎng)格模型、提供計(jì)算的物理模型、邊界條件的設(shè)置與流體物性給定、求解和后處理，并且支持多種網(wǎng)格生成。FLUENT 的數(shù)值模擬求解步驟如下：第一步：導(dǎo)入文件第二步：檢查網(wǎng)格與平滑網(wǎng)格第三步：確定長(zhǎng)度，顯示網(wǎng)格第四步：設(shè)置求解器選擇模型第五步：設(shè)置流體的物理屬性第六步：設(shè)置邊界條件第七步：求解器監(jiān)視設(shè)置與流場(chǎng)初始化第八步：保存*.cas 文件與迭代計(jì)算第九步：保存*.data 文件，顯示云圖導(dǎo)出第3章 T 型管內(nèi)的流場(chǎng)分布本文的重點(diǎn)在于空氣流速和進(jìn)入管道的

31、水的質(zhì)量流量對(duì)流速與壓力的影響。對(duì)于這種簡(jiǎn)單 T 型管模型進(jìn)行兩相流數(shù)值模擬，首先要通過(guò) FLUENT 計(jì)算器得到不同種工況場(chǎng)的情況，在通過(guò)分析流場(chǎng)，歸納總結(jié)數(shù)據(jù)，得出需要的結(jié)論。3.1 幾何尺寸及邊界條件3.1.1 T 型管的幾何尺寸圖 3-1 橫著的為主管道：1687；豎直的為注水管道：223；注水前管道 0.5m，注水后管道 2m，注水0.3m。主流為空氣，注入為水。氣相與液相分別從二個(gè)進(jìn)入該模型，二種相在岔口處匯合，在經(jīng)液二相流的混合后由右邊出口處流出。圖 3-1T 型管模型3.1.2 T 型管模型的邊界條件在進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算前，必須對(duì) T 型管模型的行分析。T 型管的主流管道空氣進(jìn)口采用

32、速度定義，在對(duì)它的邊界條件進(jìn)，采用標(biāo)準(zhǔn)流速根據(jù)雷諾數(shù)算得速度為 1.0m/s，3.0m/s，5.0m/s。考慮重力的影響，操作環(huán)境的壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，液態(tài)水進(jìn)口采用質(zhì)量流量，在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算之前必須正確的設(shè)定邊界條件，這對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析得到的結(jié)果是最重要的一步。表 3-1 模擬 T 型管內(nèi)氣液兩相流的的參數(shù)主流管徑(mm)副流管徑(mm)主流空氣流速(kg/s)副流水的流量(kg/s)1.01154163.025.033.2 流場(chǎng)內(nèi)速度分布下圖為管道中不同空氣流速與不同注水流量速分布圖。AB圖 3-2 空氣流速為 1.0m/s，注水流量為 3kg/s 下速度分布圖在圖 3-2 這

33、種工況下，可以簡(jiǎn)單的觀察到流場(chǎng)內(nèi)不同位置的流速大小與流場(chǎng)的的流速分布情況。不同位置流速變化很大，流場(chǎng)內(nèi)的必定很劇烈。AB圖 3-3 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 3kg/s 下速度分布圖在圖 3-3 這種工況場(chǎng)內(nèi)的變化稍微緩和了點(diǎn)，但是還是存在局部地方流速偏差較大，容易引起該地方不穩(wěn)定，產(chǎn)生漩渦等。AB圖 3-4 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 2kg/s 下速度分布圖在圖 3-4 這種工況場(chǎng)內(nèi)的流速大變化不大，相對(duì)會(huì)比較穩(wěn)定，沒(méi)有比較產(chǎn)生影響氣液兩相流混合的情況，可以說(shuō)達(dá)到了預(yù)期的一個(gè)效果。AB圖 3-5 空氣流速為 5.0m/s，注水流量為 2kg/s 下速度分布圖在圖 3-

34、5 這種工況兩相流混合的漩渦等速大小在局部位置變化相當(dāng)大，容易產(chǎn)生影響氣液情況。以上是 T 型管氣液兩相流四種不同的工況的速度流場(chǎng)圖，通過(guò)仔細(xì)對(duì)比四幅可以很明顯的觀察速度變化情況?？梢酝ㄟ^(guò) 2 組速度流場(chǎng)圖的對(duì)比圖，（圖 3-2、圖 3-3 與圖 3-4、圖 3-5），首先在注水管道中，隨著注水流量的變大，注水管道內(nèi)的流速總體呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。但是如果仔細(xì)觀察就不難發(fā)現(xiàn)，主流空氣流速的變化也會(huì)影響注水管道內(nèi)水流速度。影響流速變化主要原因是當(dāng)水到 T 型管交匯面時(shí)，就會(huì)與主流管道中流動(dòng)的空氣產(chǎn)生碰撞。此種碰撞需要分析 2 種情況：一種是水流沒(méi)有撞擊到 T 型管下壁面（注：見(jiàn)圖 3-4 與圖 3-5）

35、，另一種是水流撞擊到 T 型管下壁面（注：見(jiàn)圖3-2 與圖 3-3）。在第一種情況下，前提條件就是空氣流速改變了水流方向致使水流不碰壁，在這個(gè)空氣流速或者大于這種流速的情況下，說(shuō)明水流是不會(huì)回流到注水前管道的。（即不會(huì)在注水前管道產(chǎn)生速度漩渦，而會(huì)在注水管道之后產(chǎn)生速度漩渦。注：速度漩渦的大小是受空氣流速與水流速度相互作用影響的。）因此隨著主流空氣流速的變大，就會(huì)產(chǎn)生二種情況：促進(jìn)注水還是抑制注水。見(jiàn)圖3-4 當(dāng)空氣流速不大于臨界值（促進(jìn)與抑制作用產(chǎn)生變更的流速值）時(shí)，空氣與水流只會(huì)在管道中部產(chǎn)生速度很小的漩渦，是水流往二壁面，帶來(lái)的效果就是空氣的帶動(dòng)了水的從而產(chǎn)生促進(jìn)流速作用。見(jiàn)圖 3-5

36、當(dāng)空氣流速大于臨界值時(shí)，就會(huì)在注水管道之后的上壁面與水生速度較大的漩渦從而阻礙空氣與水流的，致使有一部分空氣從注水管道中溢出而大部分從下壁面流走，從而就是擠壓水流，阻礙水流向動(dòng)產(chǎn)生抑制流速作用。在第二種情況下，前提條件就是空氣流速小于一個(gè)定值，使得水流撞擊到了T 型管的下壁面，在這種空氣流速或者小于這種空氣流速的情況下，說(shuō)明在水流水流撞擊到 T 型管下壁面后，水流的方向會(huì)向周邊擴(kuò)散，從而產(chǎn)生了三種情形：1、撞擊水流向注水前管道（即水流回流到了注水前管道），水流與空氣就產(chǎn)生了速度漩渦。2、撞擊水流向注水后管道，水流與空氣就產(chǎn)生了速度漩渦。3、小部分撞擊水流反向流向注水管道中，與向動(dòng)的水生碰撞（此

37、種情形由于反向水流比較少，可忽略不計(jì)）。這三種情形多多少少都對(duì)水流流速產(chǎn)生了抑制作用。見(jiàn)圖 3-2 與圖 3-3 可以看出，注水前管道主要是水流對(duì)空氣作用產(chǎn)生的漩渦，繼而促進(jìn)水流的回流，阻礙混合相的，削弱了水流的流速；注水后管道主要是空氣對(duì)水流作用產(chǎn)生的漩渦，部分水流被帶入漩渦，產(chǎn)生比較小的漩渦，但是也會(huì)減緩混合相的，削弱了小部分流速。3.3 流場(chǎng)內(nèi)壓力分布下圖為管道中不同空氣流速與不同注水流量下，壓力分布圖。AB圖 3-6 空氣流速為 1.0m/s，注水流量為 3kg/s 下壓力分布圖（A 表示 T 型管全剖面，B 表示主管道 11 個(gè)縱向切面，下同）由圖 3-6 可以看出，壓力分布主要集中

38、在 T 型管的下壁面，分布不均勻，會(huì)產(chǎn)生影響氣液兩相流混合的情況，且比較劇烈。AB圖 3-7 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 3kg/s 下壓力分布圖由圖 3-7 可以看出，壓力分布較多集中在 T 型管上壁面，在上壁面區(qū)域會(huì)產(chǎn)生影響氣液兩相流混合的情況。AB圖 3-8 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 2kg/s 下壓力分布圖由圖 3-8 可以看出，壓力分布主要集中在 T 型管的壁面，且壓力比較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)壓力分布比較均勻，能讓氣液兩相流達(dá)到比較良好的混合狀態(tài)。AB圖 3-9 空氣流速為 5.0m/s，注水流量為 2kg/s 下壓力分布圖由圖 3-9 可以看出，壓力分布不均勻，且分布

39、狀況和第二種情況比較類似，但壓力偏差比較大，就是局部區(qū)域壓力分布比較集中，對(duì)氣液兩相流的混合產(chǎn)生較大影響。以上是 T 型管氣液兩相流四種不同的工況的壓力流場(chǎng)圖，在觀察了四幅圖的總壓變化圖后，可以看出壓力變化大體分布在局部地方，雖然總體分布不是很明顯，但是從右邊那十一個(gè)切面可以看出壓力相對(duì)集中在一些部位。圖 3-6 與圖 3-7的工況點(diǎn)是水流流量比較大的，產(chǎn)生了局部沖撞與局部漩渦，不難看出總壓比較大的地方就在氣液兩相流交匯處的 T 型管下壁面，當(dāng)水流沖撞下壁面時(shí)產(chǎn)生比較大的水壓，使得該局部總壓比較大。但由于局部漩渦的水流量比較小，因此總壓變化就不大。圖 3-8的工況點(diǎn)，水流既沒(méi)有沖撞到壁面也沒(méi)有

40、和空氣產(chǎn)生漩渦，因此，總壓變化相對(duì)不大，且分布比較均勻。圖3-9的工況點(diǎn)，水流沒(méi)有沖撞到壁面，但是與空氣作用產(chǎn)生了比較大的漩渦，該漩渦處水流量相對(duì)比較大，產(chǎn)生了比較大的水壓，因此，該局部的總壓相對(duì)較大。3.4 流場(chǎng)內(nèi)壁面切應(yīng)力分布由主流管道向空氣出口看，流道內(nèi)壁面的剪切應(yīng)力分布情況圖。圖 3-10 空氣流速為 1.0m/s，注水流量為 3kg/s 下壁面切應(yīng)力分布圖圖 3-11 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 3kg/s 下壁面切應(yīng)力分布圖圖 3-12 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 2kg/s 下壁面切應(yīng)力分布圖圖 3-13 空氣流速為 5.0m/s，注水流量為 2kg/s 下壁

41、面切應(yīng)力分布圖通過(guò)把不同工況下速度與壓力的全剖面圖拿出來(lái)比對(duì)以及對(duì)壁面切應(yīng)力圖的觀察可以很明顯的得出：首先在分析速度圖 3-2 與圖 3-3 時(shí)，當(dāng)水流較大沖撞T 型管壁面產(chǎn)生了比較大的水壓沖擊，可以從圖 3-6 與圖 3-7 看出在 T 型管交匯處的下壁面產(chǎn)生了比較大的壓力。再觀察圖 3-10 與圖 3-11，該處壁面的的壓力比較集中，壁面的切應(yīng)力就比較大，對(duì)管道的損害較大，對(duì)管道材料的要求就會(huì)加大，那么投入的經(jīng)濟(jì)也相對(duì)加大，實(shí)際情況中無(wú)論其混合效果有多好都得避免產(chǎn)生這種問(wèn)題。然而在速度分析圖 3-5 中是由于兩相流相互作用而產(chǎn)生了比較大的漩渦，也可以從圖 3-9 中看出注水后管道的上壁面產(chǎn)

42、生了比較大的壓力，也是屬于壓力集中的地方。再觀察圖 3-13，該處的壁面切應(yīng)力也相對(duì)會(huì)比較大，壁面切應(yīng)力分布相對(duì)比較集中，產(chǎn)生的危害與帶來(lái)的損失就不明細(xì)說(shuō)明了，不適用實(shí)際情況。最后那圖 3-8 可以看出，該管道內(nèi)的壓力變化不大，分布相對(duì)比較均勻，由于液相的粘性使得有部分液相粘附在管道壁上，但是由于覆蓋在內(nèi)管道壁面是薄薄的一層，即壓力分布的表面比較大。在觀察圖 3-12，該壁面切應(yīng)力分布比較均勻，且壁面的剪切應(yīng)力相對(duì)比較小，帶來(lái)的危害就比較小，選擇材料時(shí)要求相對(duì)就不會(huì)很大，即安全又經(jīng)濟(jì)，適用于實(shí)際情況。3.5 本章小結(jié)本章利用 FLUENT 獲取各截面的流速、壓力與壁面切應(yīng)力分布圖，在通過(guò)數(shù)值分

43、析與歸納總結(jié)得到結(jié)論。不難發(fā)現(xiàn)水流流速比較大的地方，說(shuō)明該處的水流量相對(duì)也比較大，則該處的水壓也會(huì)相對(duì)大于其他地方，那么在這種壓力比較集中的地方就會(huì)產(chǎn)生比較大的壁面切應(yīng)力。所以說(shuō)，無(wú)論是流速、壓力還是壁面切應(yīng)力分布圖，它們之間存在相互并且相互影響。第4章 相分率分布本章將利用 FLUENT 計(jì)數(shù)器來(lái)模擬氣液兩相流在 T 型管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在各項(xiàng)流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，再通過(guò)不同工況下截面的氣液兩相分布情況與相同液兩相分布情況來(lái)驗(yàn)證在 T工況下不同截面的氣液兩相分布情況，從而通型管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。4.1 氣液兩相流相分率分布下圖為管道中不同空氣流速與不同注水流量下，液相分率云圖。AB圖 4-1 空氣流速

44、為 1.0m/s，注水流量為 3kg/s 下液相分率云圖（A 表示 T 型管全剖面，B 表示主管道 11 個(gè)縱向切面，下同）在圖 4-1 這種工況下，時(shí)間內(nèi)流進(jìn)管道的液體的量明顯較多，而且在管道內(nèi)氣液兩相的混合比較劇烈，產(chǎn)生比較苛刻的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。AB圖 4-2 空氣流速為 2.0m/s，注水流量為 3kg/s 下液相分率云圖在圖 4-2 這種工況下，空氣流速與注水流量在一定程度上已經(jīng)漸漸達(dá)到了比較好的一個(gè)點(diǎn)，但從圖中可以看到混合效果還不是很好，出口的氣液兩相流的相分率分布還是不穩(wěn)定，說(shuō)明時(shí)間內(nèi)注水的流量還是較大。AB圖 4-3 空氣流速為 2.0m/s，注水流量為 2kg/s 下液相分率云圖在圖

45、 4-3 這種工況下，可以看到混合效果達(dá)到了比較完美的程度，時(shí)間內(nèi)空氣流進(jìn)管道的量與液相流進(jìn)管道的量在這種模型的 T 型管中正好能達(dá)到一個(gè)比較好的混合效果。AB圖 4-4 空氣流速為 3.0m/s，注水流量為 2kg/s 下液相分率云圖在圖 4-4 這種工況下明顯混合很差，空氣的量比較多，注水的量太少。在上述四種工況下，在經(jīng)過(guò)下述簡(jiǎn)單的分析后，可以得出相關(guān)的結(jié)論。首先，觀察圖 4-1 與圖 4-2 分析，二種工況下的氣液兩相流的都比較復(fù)雜，涉及到了水流的撞擊壁面，水流的回流以及水流和空氣產(chǎn)生的漩渦等。在這二種工況下，氣液兩相流的相對(duì)來(lái)說(shuō)比較劇烈，在整個(gè)管道路徑內(nèi)，每個(gè)切面的液相分率都是與眾不同

46、的，說(shuō)明液相分率一直呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，即當(dāng)氣液兩相流到達(dá)出口時(shí)，兩相流的混合還是不均勻。而圖 4-1 與圖 4-2 相比較可得，相同注水流量下，主流管道內(nèi)空氣流速比較小時(shí)，時(shí)間內(nèi)流進(jìn)管道內(nèi)的水流就比較多，因此各個(gè)部位的液相分率都比后者稍大。前一種工況下，T 型管內(nèi)兩相流的相比較于后者較劇烈，而且它的液相分率想要達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定需要的時(shí)間就相對(duì)較長(zhǎng)。所以說(shuō)想要達(dá)到比較良好的混合效果，需要比較長(zhǎng)的管道，這對(duì)與經(jīng)濟(jì)需求就，并不能滿足實(shí)際情況。再者，對(duì)圖 4-3 仔細(xì)觀察與分析，對(duì) T 型管內(nèi)每個(gè)切面的液相分率變化做一一論述，T 型管道內(nèi)液相分率在中間的一段變化相對(duì)劇烈，等兩相流到達(dá) T型管的后面時(shí)，液相

47、分率變化趨向平穩(wěn)，即氣液兩相流達(dá)到了比較良好的混合效果。該種工況下，氣液兩相流能夠比較迅速的達(dá)到比較良好的混合效果，因此，對(duì)管道長(zhǎng)度的需求就不會(huì)很高，相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能滿足實(shí)際要求。最后對(duì)圖 4-4 仔細(xì)觀察與分析，對(duì) T 型管內(nèi)每個(gè)切面的液相分率變化進(jìn)行論述，液相分率的大小分布不穩(wěn)定，由于空氣流速相對(duì)較大，（即時(shí)間內(nèi)通過(guò)的空氣量比較多）注水流量相對(duì)比較少，因此大部分水流都是靠著壁面而沒(méi)有與空氣達(dá)到比較良好的混合。從每個(gè)切面看出，壁面上的液相分率相對(duì)較大，管道中部的液相分率相對(duì)較小，因此較難達(dá)到比較穩(wěn)定的混合效果，實(shí)際情況就不適合使用這種混合工況點(diǎn)。本文課題的一個(gè)重點(diǎn)就是看氣液兩相流在 T

48、型管的交匯面碰撞與相互作用再到一步步的混合的過(guò)程。在隨著給定參數(shù)空氣流速大小的變化以及參數(shù)注水流量多少的改變，便會(huì)導(dǎo)致各相數(shù)據(jù)如速度、壓強(qiáng)與壁面切應(yīng)力等發(fā)生變化，即得到了多個(gè)工況點(diǎn)下的氣液兩相流的混合情況。4.2 液相分率的百分比下表為在一個(gè)中間剖面上，液相面積占總面積的百分比，可從單一的剖面上得出 T 型管內(nèi)氣液兩相流的液相所占的百分比數(shù)據(jù)。（注：橫坐標(biāo)為注水流量，縱坐標(biāo)為液相分率的百分比，菱形折線圖為空氣流速為 1m/s，正方形折線圖為空氣流速為 3m/s，三角形折線圖為空氣流速為 5m/s。）圖 4-5 液相與兩相之和的百分比折線圖從上述圖表可以看出，空氣流速是影響液相占兩相流之和百分比

49、的最關(guān)鍵因素，通過(guò)比對(duì)三種不同空氣流速，當(dāng)觀察注水流量不變而空氣流速相對(duì)較小時(shí)，液相所占的百分比相對(duì)就較大，說(shuō)明隨著空氣流速的減小，T 型管道內(nèi)液相的分布相對(duì)會(huì)增多。再通過(guò)比對(duì)三種不同注水流量，當(dāng)觀察空氣流速不變而注水流量相對(duì)較大時(shí)，液相所占的百分比相對(duì)就較大，說(shuō)明隨著注水流量的增大，T 型管內(nèi)液相分布相對(duì)會(huì)增多。影響液相在 T 型管內(nèi)的分布的主要是空氣流速與注水流量，次要包括管道結(jié)構(gòu)與重力等外界條件?？諝饬魉賹?duì)液相分布相對(duì)比較明顯，而注水流量對(duì)液相分布相對(duì)變化不是很大。因此想要達(dá)到液相占兩相之和百分比較高的時(shí)候，粗調(diào)的話可以優(yōu)先采用改變空氣流速的方法，而微調(diào)的話可以采用改變注水流量的方法。這

50、種情形運(yùn)用在實(shí)際混合設(shè)備中，能更好的做到迅速與有效的達(dá)到比較良好的混合效果。4.3 本章小結(jié)本章在運(yùn)用了 FLUENT 計(jì)算器對(duì)切面的液相分布進(jìn)行了數(shù)值的整理、分析與總結(jié)，得出 T 型管內(nèi)氣液兩相的分布情況。主要了液相在 T 型管道內(nèi)分是空氣流速的影響相對(duì)比較布的影響，致使兩相流迅速混合的最關(guān)鍵大，而其次就是注水流量的影響相對(duì)較小一點(diǎn)。第5章 總結(jié)及展望5.1 總結(jié)這種 T 型管道本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，問(wèn)題少，在工程上的多相流混合系統(tǒng)中能夠較多的被應(yīng)用。通過(guò)設(shè)計(jì)管道，再進(jìn)行數(shù)值模擬，從而找到最合適的混合工況點(diǎn)。這種數(shù)值模擬有利于工程上最節(jié)省，最有效，最迅捷的混合技術(shù)的提高。經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的摸索，對(duì)工況點(diǎn)

51、的分析探討，通過(guò) FLUENT 計(jì)算器的模擬計(jì)算找到比較合適的工況點(diǎn)，總結(jié)上述經(jīng)驗(yàn)所得，可以得到如下結(jié)果：第一點(diǎn)：通過(guò)較簡(jiǎn)單的數(shù)值模擬計(jì)算，粗略的得出了一個(gè)較合適的工況點(diǎn)，使得氣液兩相流在 T 型管內(nèi)的混合效果相比較其它工況點(diǎn)來(lái)說(shuō)比較良好。第二點(diǎn)：我所的 T 型管，雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但是想要達(dá)到預(yù)想的效果，找到合適的工況點(diǎn)并不容易。就是因?yàn)檫^(guò)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，從而它對(duì)氣液兩相流達(dá)到比較良好的混合效果所需要的條件就更加的苛刻，對(duì)空氣流速大小與注水流量多少的設(shè)定要求更加的苛刻。第三點(diǎn)：在通過(guò) FLUENT 計(jì)算器速度、壓力與壁面剪切應(yīng)力流場(chǎng)時(shí)，可以得出要設(shè)計(jì)看似簡(jiǎn)單的 T 型管道，需要考慮的有

52、很多，而最基本的就是壁面剪切應(yīng)力。它是影響 T 型管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組成成分的關(guān)鍵，它對(duì)實(shí)際情況中帶來(lái)的危害需要高度重視。5.2 展望本次T 型管內(nèi)氣液兩相力學(xué)的數(shù)值分析，雖然在不斷的摸索、嘗試與試驗(yàn)中得到了一些自己需要的結(jié)論，但建模過(guò)程中，或多或少的遇到了管道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與 T 型格劃分的難題，但在一次次的實(shí)際操作與需求幫助下，最終比較快捷的解決了存在的一部分難題，但是在 T 型管交匯處的網(wǎng)格劃分還是存在不足的地方。在 FLUENT 計(jì)算器求解過(guò)程中，不管是在 FLUENT的操作運(yùn)用，還是在計(jì)算過(guò)程中對(duì)適宜工況點(diǎn)的摸索與選擇，或多或少有點(diǎn)進(jìn)展也有點(diǎn)不足。在FLUENT 選擇計(jì)算模型與計(jì)算方法還有邊界條

53、件的設(shè)定過(guò)程中，還是存在一些不到位的地方，這一系列的設(shè)定一定會(huì)對(duì)最后的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生或多或少的影響，有成功的點(diǎn)也有失敗的例子。在計(jì)算過(guò)程中，最難掌握的就是摸索出比較適宜的工況點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多少次的嘗試，一次次的不成功最終才能讓我找到相對(duì)較好的工況點(diǎn)。在摸索著適宜工況點(diǎn)的過(guò)程中，耗費(fèi)了大量的時(shí)間與精力，經(jīng)驗(yàn)稍淺的本科生對(duì)這些點(diǎn)的掌握比較生疏，因此多少會(huì)受到拖累，但最終還是能夠比較有效的解決這些問(wèn)題，讓我倍感欣慰。最讓人頭疼的就是在最后的數(shù)據(jù)分析與圖形解剖的過(guò)程中，作為缺乏經(jīng)驗(yàn)的本科生，在分析數(shù)據(jù)后歸納總結(jié)結(jié)論時(shí)，總歸有些啰嗦，隱隱約約抓住了重點(diǎn)卻又貌似沒(méi)有的感覺(jué)，得出的結(jié)論往往比較俗氣且沒(méi)有條理。原本就

54、沒(méi)有這方面的經(jīng)驗(yàn)，也就只能憑著看過(guò)的文獻(xiàn)與自己的想象來(lái)分析與總結(jié)結(jié)論，盡量的得出比較靠譜且有意義的結(jié)論。在完成本文的內(nèi)容后，雖說(shuō)還是存在眾多的不足，但是收獲卻是無(wú)限大。通過(guò)這次我能夠?qū)艿纼?nèi)氣液兩相流的動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析有一個(gè)比較深刻的認(rèn)識(shí)，在今后探究此類問(wèn)題時(shí)或者深入探討這些問(wèn)題時(shí)就能得到的收獲。參考文獻(xiàn)iaana S M, Abdel-Khalik S I, et al. Gas-liquid two-phase flowicro1Triplett K A, Ghchannels (Part I): Two-phase flow patterns J.ernational Journal of

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